無(wú)線(xiàn)充電打響線(xiàn)圈反擊戰

按照無(wú)人機目前發(fā)展的熱火趨勢來(lái)看，未來(lái)不管是送包裹，還是看農場(chǎng)、抓犯人，這種體型小巧靈活的飛行器似乎都能夠勝任。不過(guò)這家伙也并非沒(méi)有缺點(diǎn)，其中最?lèi)廊说哪^(guò)于電池續航不足的問(wèn)題。目前大部分市面在售的無(wú)人機，單次充電在空中停留的時(shí)間不超過(guò)30分鐘，之后便需要更換電池或連接電源充電。

DHL用無(wú)人機運送包裹

不過(guò)，華盛頓大學(xué)的一名計算機學(xué)家Joshua Smith試圖改變無(wú)人機所處的這一尷尬境地。今年五月，Joshua自己的Wibotic公司掛牌成立，意在解決包括無(wú)人機、地面機器人在內的自動(dòng)化產(chǎn)品的充電難題。他希望摒棄物理連接的方式，當機器人或無(wú)人機電量低時(shí)，在靠近充電設備半米左右的范圍內即可完成電能補給;而一家同樣來(lái)自西雅圖的初創(chuàng )公司 LaserMotive更是野心勃勃。目前該公司正在開(kāi)發(fā)的一套系統，它能夠利用激光和光伏電池，為飛行中的無(wú)人機進(jìn)行充電。

其實(shí)，將電能通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸的想法，在一個(gè)多世紀前就有了。1893年，作為工業(yè)級電力應用倡導者之一的尼古拉·特斯拉，在當年芝加哥舉行的哥倫布紀念博覽會(huì )上，就曾展示過(guò)「隔屋點(diǎn)燈」的“絕技”。不過(guò)這種「點(diǎn)燈泡」的小伎倆和特斯拉懷揣已久的野心相比，似乎根本不值得一提。按照他的想法，未來(lái)利用高塔和氣球進(jìn)行“廣播”，即可將電力輸送到世界各地，甚至特斯拉還為第一次試驗成功申請到了摩根大通的投資。

尼古拉·特斯拉

不過(guò)遺憾的是，和當時(shí)大部分物理學(xué)家預測的一樣，特斯拉「無(wú)線(xiàn)輸電」的試驗最終以失敗告終。盡管特斯拉的偏執與愛(ài)出風(fēng)頭曾一度被人詬病，但不可否認的是，一些能夠實(shí)現遠程電能傳輸的靠譜方式，目前正越來(lái)越受到關(guān)注。例如，特斯拉率先嘗試的無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)已經(jīng)在手機上得以實(shí)現，而研究人員甚至正在開(kāi)發(fā)類(lèi)似的無(wú)線(xiàn)供電的廚電家居，抬頭顯示器等軍用裝備，心臟泵、腦電圖等醫療器械。據市場(chǎng)知名調研機構IHS估計，目前每年此類(lèi)設備的銷(xiāo)售額在5億美元左右，未來(lái)10 年內，該數值將實(shí)現30倍的增長(cháng)。

標準問(wèn)題

拋開(kāi)LaserMotive公司之前提到的「激光發(fā)電」不談，目前主流無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)背后都藏著(zhù)一個(gè)最基本的物理原理——感應。通過(guò)初級線(xiàn)圈的交流電產(chǎn)生振動(dòng)感應磁場(chǎng)，處于該磁場(chǎng)中，靠近初級的次級線(xiàn)圈中隨之產(chǎn)生感應電流。如果兩個(gè)線(xiàn)圈彼此貼近，同時(shí)保證電線(xiàn)纏繞方向一致，那么電磁感應的過(guò)程幾乎不會(huì )丟失任何能量;但假設將兩個(gè)線(xiàn)圈僅僅分開(kāi)幾毫米，或任意擺動(dòng)其中一個(gè)線(xiàn)圈，電能傳輸效率隨即大幅下降。

耦合感應原理

目前市面上所有的電動(dòng)牙刷產(chǎn)品，均采用了上面提到的這種耦合感應式無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)。但如果要在無(wú)人機上使用的話(huà)，這意味著(zhù)飛行器需要長(cháng)時(shí)懸停在充電設備上方的固定位置，顯然并不太切實(shí)際。

Wibotic提供的解決方案是：將能量發(fā)送裝置和能量接收裝置中電路的振動(dòng)頻率調成一致，或使其在特定的頻率上產(chǎn)生共振，即可實(shí)現電能高效傳輸。這種感應方式允許能量發(fā)送/接收雙方的距離保持在線(xiàn)圈直徑左右，除能為無(wú)人機充電外，根據此原理打造的充電設備既可以做成碗型，也能夠嵌入桌面下方，為智能手表、筆記本電腦等產(chǎn)品供能。

和電磁感應一樣，通過(guò)磁場(chǎng)共振產(chǎn)生電流的想法，特斯拉在1893年的展示中就曾實(shí)踐過(guò)。但為了能在特定距離產(chǎn)生感應電流，整套系統進(jìn)行了特別優(yōu)化。但演化至今的共振感應技術(shù)能夠隨著(zhù)情況的變化，自動(dòng)更改其內部電路的電氣化特征。因此，Wibotic方面表示，即使出現無(wú)人機劇烈搖晃或大風(fēng)天氣，也不影響系統的充電效率。飛利浦此前曾展示了一款具備無(wú)線(xiàn)充電功能的料理機，它依靠嵌入廚房灶臺的線(xiàn)圈供能，絲毫不會(huì )受到潑濺汁水、污垢等影響。

不管無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)是否能如大劉在《三體》中描繪的那般高度發(fā)達，但至少建立統一的行業(yè)標準必不可少。但自1890年無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)初露端倪開(kāi)始，以?xún)A向于使用交流電的特斯拉和推崇直流電的愛(ài)迪生為首的兩派學(xué)者爭執不休，針對居民消費產(chǎn)品，迄今為止共衍生出三種主要技術(shù)標準。

[1] Qi是全球首個(gè)推動(dòng)無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)標準化的組織--無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟WPC推出的“無(wú)線(xiàn)充電”標準。WPC成員中有將近200家科技公司，該標準允許無(wú)線(xiàn)充電設備的最大輸出功率不超過(guò)5W，一般多為手機廠(chǎng)商所用。目前共有12款汽車(chē)提供符合Qi標準的無(wú)線(xiàn)充電設備，而共計80種不同型號的智能手機均可適配。此外，宜家出售的部分型號的組合式書(shū)桌以及床頭燈內置了Qi標準的無(wú)線(xiàn)充電器。

[2] 由Power Matters Alliance推出的PMA標準，是Qi的直接競爭者，主攻快餐市場(chǎng)。目前全美幾百家麥當勞和星巴克連鎖店中都已經(jīng)開(kāi)始向消費者提供符合PMA標準的無(wú)線(xiàn)充電器;

[3] 無(wú)線(xiàn)充電聯(lián)盟A4WP推出Rezence標準。它允許多個(gè)設備同時(shí)充電，而且在設備的位置與角度上較具彈性，其充電能力與時(shí)間也較符合消費者期待，最高傳輸功率不超過(guò)50W。盡管目前還沒(méi)有適配Rezence標準的電子產(chǎn)品問(wèn)世，但英特爾表示將在為平板和筆記本電腦研發(fā)的下一代微型處理器芯片上集成這一技術(shù)，最早明年將會(huì )有大量新產(chǎn)品問(wèn)世。

今年6月初，PMA和A4WP正式宣布合并，未來(lái)將致力整合磁共振和磁感應技術(shù)，打造更加統一的無(wú)線(xiàn)充電標準，顯然WPC聯(lián)盟的Qi標準將會(huì )受到嚴重沖擊。不過(guò)另類(lèi)的蘋(píng)果公司今年推出的Apple Watch智能手表，它使用的無(wú)線(xiàn)充電設備屬于「自立門(mén)派」，并不符合市面上的任一標準。

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